国际空间站的建造大致可分为三个阶段：
第一阶段，从1994年至1998年，美、俄两国完成航天飞机与俄罗斯“和平”号空间站的9次对接飞行。美国宇航员累计在“和平”号空间站上工作2年，取得了航天飞机与空间站交会对接以及在空间站上长期进行生命科学、微重力科学实验和对地观测的经验，可降低国际空间站装配和运行中的技术风险。
第二阶段，从1998年至2001年，国际空间站达到有3人在轨工作的能力。1998年11月20日，俄罗斯从哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场用“质子”号火箭将国际空间站的第一个部件“曙光”号多功能货舱(FGB)发射入轨，从而拉开了国际空间站在轨装配的序幕。同年12月4日，美国“奋进”号航天飞机将国际空间站的第二个部件“团结”号节点舱送入轨道，并于12月6日成功地与“曙光”号对接；2000年7月12日，国际空间站的核心组件、俄罗斯建造的“星辰”号服务舱发射入轨，同年11月2日，首批3名宇航员进驻空间站，国际空间站开始长期载人，11月30日，美国“奋进”号航天飞机为国际空间站送去两块翼展达72米、最大发电量为65千瓦的大型太阳能电池帆板；2001年2月7日，美国的“命运”号实验舱由“亚特兰蒂斯”号航天飞机送入轨道，4月23日，加拿大制造的遥操作机械臂与国际空间站顺利对接，7月12日，美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机又把供宇航员出舱活动的“气闸舱”送入轨道。至此，美国和俄罗斯等国经过航天飞机、“质子”号火箭等运输工具15次的飞行，完成了国际空间站第二阶段的装配工作。
第三阶段，从2001年至2006年，国际空间站完成装配，达到6～7人长期在轨工作的能力。此阶段先组装美国的桁架结构和俄罗斯的对接舱段，接着发射日本实验舱和欧空局的哥伦布轨道设施等。
装配完成后的国际空间站长110米，宽88米，大致相当于两个足球场大小，总质量达400余吨，将是有史以来规模最为庞大、设施最为先进的人造天宫，运行在倾角为51.6°、高度为397公里的轨道上，可供6～7名航天员在轨工作，之后国际空间站将开始一个为期10～15年的永久载人的运行期。
